管道行程(channeling)指高爐料柱在截面上某一區域的透氣性特彆強，使煤氣流在該區域像在管道中那樣異常發展，其位置或在邊緣或在中心。是高爐連續鑄鋼煉鐵過程中爐況失常的一種表現。
基本介紹
- 中文名：管道行程
- 外文名：channeling
- 性質：名詞
- 類別：爐況失常
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
簡介,巨型管道的特徵,原因分析,處理經驗,預防措施,
簡介
爐況表現為風壓逐漸下降，風量逐漸上升，崩料後“管道”堵塞，風壓遽升和風量遽降而且不穩；料尺不勻，出現爐況難行、爐料停滯和陷落；靠近邊沿“管道”外的爐喉及爐頂溫度升高，溫度曲線分散，嚴重時“管道”方向的上升管燒紅而且有爐料撞擊聲；爐身冷卻水溫差上升；“管道”部位的爐喉煤氣曲線CO2值下降；風口工作不勻且不穩定，靠近“管道”的風口可見生料下降。“管道”的成因主要是料柱透氣性與風量不相適應：爐料質量差、粉末多；風量過大，爐溫過高或過低，爐渣鹼度過高，高爐布料制度不合適，低料線，爐內型不規則，爐頂裝料設備缺陷或工作失常等。
“管道”初現時可採用發展邊沿的裝料制度調劑；連續裝幾批雙裝料以改變煤氣流分布；裝幾批淨焦疏鬆料層促使煤氣流均勻，並有防涼作用，然後補回全部或部分礦石；利用爐頂布料設施(如旋轉布料器或無料鐘溜槽)向“管道”部位偏布料以堵塞“管道”；降低爐頂壓力使煤氣流重新分布；減小風量使料尺、風壓及風量都達到穩定狀態；如由於爐熱，可多減風溫或噴吹的燃料；如爐渣鹼度過高可降低鹼度；如某方向經常產生“管道”，可縮小該方向的風口直徑或堵死。如“管道”嚴重，各種措施都難於奏效，同時爐溫充足，可採用坐料(見懸料與坐料)以破壞“管道”，迴風時壓差應低於正常值；如“管道”較嚴重而且處理時間較長應多減輕負荷。
我國的大型高爐配備大型軸流式風機以後，生產得到進一步強化，本鋼2000米35號高爐在1977年10月綜合冶煉強度曾達0,95噸/米3爐容利用係數為1.77噸/米3，隨著鋼鐵生產的發展，大型高爐將發揮越來越大的作用。但是，在大型高爐強化過程中，操作上遇到一個問題—巨型管道行程，這種管道行程的特點是來的突然，反映劇烈，處理棘手，後果嚴重。
5號高爐發生了三次巨型管道行程，第一次處理24小時，爐況方恢復正常，損失生鐵兩千餘噸，焦炭四百噸，出號外鐵一千噸。第三次造成了爐缸凍結，經過艱苦的歷時五天的搶救，方使爐缸恢復正常，又經過七天恢復，生產指標才達到原水平。損失生鐵兩萬餘噸，焦炭數千噸，加上其它搶救物資，價值是驚人的。
根據5號高爐的事故實例，就大型高爐巨型管道行程的特徵、原因、處理和予防等方面進行初步的討論，以期加深認識，設法克服之。
巨型管道的特徵
1.遠期特徵
發生前一段時間，往往高爐順行狀況不佳，風壓水平高，且不穩，壓差水平高出正常值，料尺滑陷較多，自動調節的爐頂壓力有向上尖峰，頂溫帶不規則，爐喉溫度各點距離較大，元周工作不均勻。雖然沒有懸料和較大的崩料，高爐的冶煉進程仍可照常進行，但是爐料的運動和煤氣的流通已顯緊張，此時已孕育著發生管道的因素。
2.臨近特徵
風壓不穩，呈齒狀和龍狀，在短時間內(1-2小時)風壓爬坡0.2--0.4公斤/厘米2f較正常值提高10--15%，料尺滑陷十分嚴重，有難行慢下現象，壓差值遠高出正常水平(1100--1200毫米汞柱)達到1350--1400毫米汞柱。
3.發生的特徵
(1)風壓極不穩定，連續出現大的(0.2--0.3公斤/厘米2)上下尖峰。
(2)頂壓出現特大的向上尖峰(0.3—0.8公斤/厘米2)持續時間長，尖峰過後仍高出正常值，所有調節閥全開也無濟於事。
(3)壓差出現向上和向下的尖峰，向上尖峰是風壓引起的，向下尖峰是頂壓引起的，壓差水平突然降低。
(4)頂溫在數分鐘內，由正常的450℃一條線地上升到1100℃,上升管道燒紅，經大減風處理下降也很緩慢。
(5)料尺在爐頂壓力出現高壓尖峰的同時，料尺突然下陷，由1.5米降到3.5米以下，料尺無影，經減風后連裝10批料方能趕到正常料線，整個料柱相當於下降2一3米。
(6)風口大面積甚至全部風口前，都出現大量生料，風口前溫度顯得不足，有的風口涌渣。
(7)渣鐵管道發生後，渣鐵溫度較上次鐵突然下降，鐵水物理熱不足，硫出格，渣子變黑，流動性極差，甚至難以從爐內流出。
以上是巨型管道的特徵。而一般管道行程的特徵是風壓下降，風量增多，管道側料尺滑陷，頂壓有尖峰，頂溫分家。兩者最重要的區別在於，無論高爐的壓力和溫度的變化在程度上(上部的和下部)，巨型管道都表現為極為猛烈。即頂壓有特大尖峰，風壓有大的上下尖峰，料尺突然無影，頂溫迅速升高，風口前大量生降，渣鐵立即變涼。
只有善於區別一般管道行程和巨型管道行程，才能正確地及時有效地採取措施，迅速挽回失常的爐況，減少經濟損失。
原因分析
凡是管道行程的產生，都是由於爐料透氣性的惡化與鼓風量不相適應，致使煤氣流的正常分布受到破壞，煤氣的流通受阻，壓頭損失增大，下部的煤氣靜壓越憋越高，因而具有更大的能量，終於在某一較疏鬆的局部吹穿，形成管道行程。
產生管道行程的一般原因概述如下。爐頂布料不均勻;爐型不規則;原燃料質量差;強度不足;粉末多;造渣制度不良;不能及時出演出鐵;風量過吹;爐溫趨熱;操作制度不良;邊緣過重或中心堆積。
巨型管道產生的特殊原因:除了上述一些基本原因之外，產生巨型管道必有它特殊的原因。
這種管道能夠使爐頂壓力從0.7公斤/厘米2升到1. 4公斤/厘米2。爐頂溫度由450℃升到1100℃以上的特徵，說明料柱發生“短路”，使爐內全壓差在瞬間降低了0.4公斤/厘米2。
因此，這種管道是一組直徑較大，取道捷直由下而上的巨大管道，在爐缸內與各循環區成放射線狀的連線，大部分煤氣集中於通道內高速度運行，大量的粉料和小塊料被吹出，局部通道地區短時間出現小比重爐料的流態化，兩者相輔相成，管道越加擴大。管道期比正常時爐塵吹出量增加了三倍。爐缸的高溫煤氣直達爐頂，大量上部含鐵生料坐落爐缸，氣流不斷地吹穿，料柱連續崩塌，在短時間內料柱全部破壞，高爐下部特別是爐缸的熱儲備耗盡。
能夠產生如此巨大的管道，需要煤氣流有足夠大的能量，才能將透氣性惡化的料柱吹穿形成短路。
在高爐條件下，動能和位能比靜能小得多(一般不大於5%)，總機械能主要以靜能形式表現出來。因此說，高爐的風壓越高，風量越大，鼓風的機械能越大，煤氣流的機械能也越大。
生產實踐表明，五高爐在0.75--0.85綜合冶煉強度下，相對的風壓較低，風量較量小(2.1--2.2公斤/厘米2，3500米3/分)，沒有產生過巨型管道。一旦爐料透氣性變壞較易懸料，而在0.9--1.0綜合冶煉強度下，風壓較高，風量較大(2.3--2.5公斤/厘米2, 4300米3/分)，雖不易懸料，但六生管道的機會就多。容積1070米3的三、四高爐，多年的生產實踐，也沒有遇到如此嚴重的巨型管道，都是由於鼓風的營、機械能較小的緣故。
風機的類型和特性對管道的形成和發展影響也異。5500米3葉流式風機與4250米3離心式風機相比除鼓風能力不同外，是軸流式風機(有自動調節定子葉片角度能力)在風壓波動時，維持穩定的給風量。
離心式風機的給風量隨風壓變化，當高爐不順、風壓“爬坡”時，離心式風機給風量往往自動減少，因而使風壓“坡”變緩，而軸流式風機，繼續穩定原有風量，相當於自動加風作用，因而使風壓爬坡更陡。結果，‘客觀上是強制加風，鼓風能量不斷提高，而料柱更加無法接受。因此，犬型軸流或風機在爐料透氣性惡化時，有助於吹出巨型管道。
總結五高護這三起巨型管道的實例，歸納其共性的具體原因是:
1.料柱透氣性惡化
原料供應緊張、吃槽底，燒結礦粉末大牆，同時焦炭強度不足(主焦煤只15%)，使爐料的孔隙度下降，在管道發生前的一次或數次鐵，渣鐵罐晚點，爐缸積存了80--100立方米的渣鐵，使下部料柱的透氣性尤加惡化，引起風壓大幅度爬坡。這是產生巨型管道的基本原因。
2.高壓差操作
透氣性的變壞，引起了爐況不順，而在高爐操作上，仍企圖保持原有的大風量 (4200--4300米3/分)，勢必造成高壓差操作，超出正常壓差0.2--0.3公斤/厘米2，這是產生巨型管道的操作上的原因。
3.對風機特性認識不足
如前所述，使用軸流式風機，在爐況不順時，要多加小心，要求高爐操作者採取及時準確措施，不宜廷誤。
處理經驗
巨型管道發生後，料柱遭到嚴重破壞，煤氣的能量利用極差，尤其是大量上部生料，落入爐缸和下部高溫區，風口前溫度大幅度下降，伴隨涌渣的出現，管道和崩料往往連續不止。在這種情況下，立即果斷採取措施，挽救爐缸，集中加焦，消除管道和崩煉減少一切，熱量支出，做好出渣出鐵，使冶煉進程繼續進行，是處理的基本方針。實踐證明，處理得當，在輕料下達後爐況可以很快恢復正常。反之，可能招致爐缸凍結的事故。具體措施分述如下。
1.大減風盆
大減風量是處理的最應急措施。其目的是消除連續不止的管道和崩料，減緩冶煉進程。為達此目的減風要迅速，數量要足夠，較正常風量應減少20--40%，使壓差較正常下降值0.3--0.5公斤/厘米2，以適應破壞了的料柱和減少爐缸熱量的消耗。減風后崩料可減少和逐漸消除。值得指出，崩料·減少和管道剛消除後，不要急於加風.如果爐缸很涼，風口涌渣，加風會重新引起崩料，結果處理變得更加困難。當然，大減風后容易導致懸料，應千方百計避免。使高爐在困難情況下，不再惡化，繼續工作，迎接輕料下達。
2.輕負荷
集中加焦是處理的根本的措施。它能使爐缸迅速的熱起來，並有效地疏通料柱。嚴重巨型管道，沒有足夠淨焦的下達，這類事故是不能根本扭轉的，爐況談不上恢復正常。所以加焦在時間上要早，在數量上要夠，實踐證明集中加焦量40--60車，即400米3是成功的。同時減輕焦炭負荷10--20%。此外要把爐渣搞酸些，也可以加一定量的錳礦或其他洗爐劑。巨型管道發生後，鐵水中矽和硫的變化，及採取集中加焦後爐缸很快轉熱的情況。淨焦車數是該次鐵下達爐缸的焦量。爐溫下滑顯快，是正常料負荷減輕不足。
3.避免休風
這項工作意義在於防止爐缸內粘稠的半熔化的渣鐵因長期休風而終於凝結和創造條件，讓淨焦層及早下達。
除了設備系統加強維護外，要加強爐前工作，看好吹管和風口。因為在此情況下，灌渣是隨時都可能發生的，而如何防止灌渣此時已經無能為力，須要做的是不能燒穿，不能因灌渣造成燒穿，逼迫高爐休風。若是休風，往往時間需要很長。
4.加強出渣出鐵
過冷的流動很壞的渣鐵，能否放出是處理成敗的關鍵。此時出渣出鐵是一項十分困難的工作，渣鐵流常常很小，結殼，甚至凝死。所以鐵口眼要開大，渣口要用氧氣燒開，並要勤捅。要組織足夠人力清理渣鐵溝，保證下次正點出渣出鐵。只要渣鐵能放出來，高爐的新陳代謝得以維持，就大有希望，隨著爐溫上升，渣鐵很快具有較好流動性，爐缸就能漸漸活起來。
5.爐況恢復
如前所述，不合時機地加風可能會導致管道崩料復發，前功盡棄。風量長期過少，爐缸又難以活躍和正常，所以選擇適宜時機加風很重要。加風的條件是:風壓平穩、風壓風量相稱無崩料，風口前見焦無涌渣現象，渣鐵口均能把熔化的渣鐵如牧放出來，爐溫上行或淨焦層即將下達。
護缸開始熱起來以後，恢復風量要擺在一首位，由於負荷輕，加風也較易。風量上來後，恢復負荷和其他各項制度就比較容易了。
預防措施
1.改善和穩定原燃料質量
精料是基礎，大型高爐在強化中無疑的對原燃料質量有更高的要求，高質量的滬料，才能獲得良好的爐料透氣性，這是防止爐況失常、發生管道行程的根本措施。
根據五高爐的生產實踐，應努力滿足如下的原燃料質量要求:焦炭轉鼓鼓內>74,鼓外<9，燒結轉鼓< 22，<5毫米的粉礦<10%。化學品質方面，降低焦炭含硫，提高燒結含鐵份。
原料的管理工作應加強，進行認真的中和作業，嚴格控制最低槽存數量，以保證原舉料質量的穩定。
2.堅持順行的操作方針
從高爐操作角度說，順行是基礎，良好的順行狀況才能優質、低耗和穩產、高產。這一操作方針在大高爐操作中尤要認真貫徹。原燃料條件變壞，高爐順行不佳，在高爐操作上不能聽之任之，甚至採取強制鼓風的操作。高爐出現遠期和臨近的失常徵兆時，要及時果斷地採取措施，消除高爐不穩不順的狀態。倒如，適當降低鼓風量，減少噴吹量和疏通邊緣氣流等。在高爐操作上，那種出現徵兆不作處理，僥倖過關的操作思想必須克服。
大型軸流式風機給大高爐的強化創造了條件，同時也要求操作人員熟悉和掌握它的特性，高爐穩順時，它促進穩定，高爐不順時，它加劇不穩，所以操作人員要精心操作，及時調劑，搞好順行。
在一定的冶煉條件下，每座高爐都有一個正常的壓差。五高爐在不同風量時的正常壓差，壓差隨風量增多而提高但不是成比例的(K< tg45°)，與正常壓差相對應存在一個臨界壓差，一般的臨界壓差較正常壓差高0.1--0.2公斤/厘米3大於臨界壓差高爐往往失常。倒如風量4000--4500米3/分時一發生巨型管道的壓差都在1.8--1.9公斤/厘米2，所以合理地控制壓差是搞好順行的一個重要環節。
只要保持高爐的良好順行狀態，巨型管道是可以避免的，這是予防巨型管道的操作措施。
3.嚴格出鐵出渣制度
2000米3的高爐係數為1.7時，每次平均渣鐵量為250噸和400噸，在出渣出鐵不均勻時竟達350噸和600噸，如果渣鐵不能按時排去，除對爐缸和爐前工作的安全帶來威脅，還對爐缸的透氣性和整個下部料柱的運動造成很大影響。實踐證明，爐祝不順，爐缸不活，容鐵係數就越小，積存渣鐵的影響也越大。因此渣鐵罐調配和爐前作業時間都要十分強調正點，限制爐缸儲存的渣鐵的量小於50米3(鐵口平面上)。
